N位二進制-BCD轉換電路VHDL設計

廖超平

摘? 要：該文以16位二進制數為例，分析了N位二進制-BCD轉換算法，并以此算法為根據，應用VHDL語言設計了一種實現N位二進制-BCD轉換的電路。該設計的基本循環是將二進制碼表示中各個數碼往左邊移動一位，最高一位二進制位的數碼移出二進制表示進入最低一位十進制位的8421表示中，而每個十進制位的8421表示中權為8的位的數碼都移到高1位十進制位的8421表示中重新組合成新的8421表示。

關鍵詞：二進制-BCD轉換? VHDL? 移位

中圖分類號：TP303 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）06（a）-0065-03

在非常多的數字系統的設計中，存在數據輸入，用戶習慣使用十進制（BCD）碼形式，而數字系統內部則使用二進制。所以，在使用VHDL設計數字系統時多位二進制-BCD轉換電路是經常使用的。多位二進制-BCD轉換電路在各種智能儀表、電子秤和數控機床等數字系統的設計中廣泛使用。

1? N位二進制-BCD轉換算法分析

下面以十六位二進制數字的二進制- BCD 轉換為例分析多位二進制- BCD轉換算法。十六位二進制數字的二進制碼表示的一般表達式如下：

下面算式中，最右邊的2的冪每降一次表示移動一次數字。

上面分兩種情況，原因是為了保證下一次移位后，符合十進制數進位和十進制數的表達形式，即：每位十進制數碼應該只能是0～9這10個數碼。

在X03=0時，（A03，A02，A01，A00）是（0，0，0，0）～（0，1，0，0）這幾個值，向左邊移動一位后，沒有對高一位的進位，而且本位最大變成（1，0，0，A-4），符合十進制的表達形式。

在X03=1時，（A03，A02，A01，A00）是（0，1，0，1）～（1，0，0，1）向左邊移動一位后，最少也是（1，0，1，A-4），存在對高一位的進位，進位是逢十進一，所以要進行修正。修正的方法就是A0加三變成X0后再移位。

以后每次移位都遵守同樣的規律，移動16次后，即完成轉換過程。

2? N位二進制-BCD轉換電路原理框圖

以16位二進制數字為例，N位二進制-BCD轉換電路原理框圖如圖1所示。

bit[15..0]是16位二進制的bit輸入，clk1是移位時鐘，ret為復位，共有5個bit-BCD單元。每個單元負責一位BCD數碼的移位和加3或加0操作。轉換過程是先復位，并行輸入16位二進制數的bit碼。然后，奇次時鐘到來時5個單元各自進行加3或加0，偶次時鐘到來時移位。經過了32個時鐘、16次移位完成整個轉換過程。

3? bit-bcd單元VHDL代碼

LIBRARY ieee;

USE ieee.std_logic_1164.ALL;

ENTITY bit_bcd IS

PORT （ ck ： IN? STD_LOGIC;

ret? ： IN? STD_LOGIC;

c? ： IN STD_LOGIC;

a? ： OUT? STD_LOGIC_VECTOR（3 DOWNTO 0）;

b? ： OUT? STD_LOGIC ） ;

END bit_bcd;

ARCHITECTURE one OF bit_bcd IS

signal t ： std_logic;

signal q ，c1，c2： std_logic_vector（3 downto 0）;

BEGIN

b <= c1（3）; a <= c1;

PROCESS（ ck，ret ）

BEGIN

if ret = '0' then

t <= '0';

elsif ck'event and ck = '1' then

t <= not t;

end if;

END PROCESS ;

PROCESS（ ck，ret，c ）

BEGIN

if ret = '0' then

c1<= "0000";

elsif ck'event and ck = '1' then

if t='1' then

c1（0）<=c;c1（1）<=c1（0）;c1（2）<=c1（1）;c1（3）<=c1（2）;

else c1<=c2;

end if;

end if;

END PROCESS ;

PROCESS（ c1 ）

BEGIN

CASE? c1? IS

WHEN"0000"=>? c2<="0000";--0011

WHEN"0001"=>? c2<="0001";--0100

WHEN"0010"=>? c2<="0010";--0101

WHEN"0011"=>? c2<="0011";--0110

WHEN "0100" =>? c2 <= "0100" ;--0111

WHEN "0101" =>? c2 <= "1000" ;--1000

WHEN "0110" =>? c2 <= "1001" ;--1001

WHEN "0111" =>? c2 <= "1010" ;--1010

WHEN "1000" =>? c2 <= "1011" ;--1011

WHEN "1001" =>? c2 <= "1100" ;--1100

WHEN OTHERS =>? c2 <= "0000" ;--0000

END CASE ;

END PROCESS ;

END ;

4? 仿真結果

該設計用Quartus II仿真，功能正確。典型仿真結果見圖2～圖4。

在圖2中，00010001101000/00轉換成4512。

在圖3中，0001111010101100轉換成7852。

在圖4中，0010001111000001轉換成9513。

參考文獻

[1] 王迎春，吉利久.一種基于簡單移位的二—十進制相互轉換算法[J].電子學報，2003（2）：221-224.

[2] 潘吳，鐘珞，陳杰.單片機十六進制數與BCD碼轉換新探討[J].微機發展，1997（6）：35-36.

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